Les astronomes font la photo d’une exoplanète, ils doutent du résultat… et c’est très intéressant !

Les astronomes européens ont-ils photographié l’exoplanète la plus proche ? Ils le pensent mais n’en sont pas sûrs. Alors, ils ont publié le résultat de leurs recherches pour que l’enquête continue autour de Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Système solaire.

Sur les plus récentes images de Proxima du Centaure réalisées avec le Very Large Telescope (VLT), il y a bien quelque chose. Dans la mer moutonnante de pixels clairs qui entoure l’étoile, il semble bien qu’on discerne un point légèrement plus lumineux que les autres. Selon les 46 astronomes européens qui ont travaillé pendant des mois pour obtenir ces clichés, il y a de bonnes chances pour que ce soit la planète Proxima c, la deuxième planète de cette étoile, après Proxima b, repérée en 2016. Celle-ci a été découverte en avril 2019 et confirmée un an plus tard par une autre méthode. Il était donc tentant d’essayer de la photographier. D’autant qu’il s’agit de l’exoplanète la plus proche, à 4,3 années-lumière seulement (un projet existe pour y envoyer une sonde interstellaire). Mais voilà : les clichés obtenus par le plus puissant observatoire du monde ne permettent pas de trancher définitivement. Ils soulèvent même quelques questions inattendues.

Une planète massive à portée de télescope

Les exoplanètes sont en général très difficiles à photographier. Pas seulement parce qu’elles sont lointaines et très peu brillantes, mais parce qu’elles sont noyées dans l’intense luminosité de leur étoile. Or, Proxima du Centaure présente un avantage sérieux sur toutes les autres étoiles : elle brille relativement peu et elle est très proche. De ce fait, la planète Proxima c, à laquelle on attribue une masse d’environ six fois celle de la Terre, peut être plus facile à détecter que les autres. C’est pourquoi les astronomes ont tenté l’aventure. Ces derniers disposaient d’un autre avantage : les détections indirectes de la planète leur suggéraient dans quelle zone spécifique chercher autour de l’étoile.

Une candidate planète très discrète

L’équipe européenne a utilisé l’un des quatre télescopes de 8,2 m du VLT, équipé de l’instrument SPHERE. Celui-ci permet de produire des images très résolues grâce à une optique adaptative, mais également de supprimer artificiellement la lumière de l’étoile pour ne garder que les autres sources éventuellement présentes dans son halo. Le résultat, publié dans Astronomy and Astrophysics, ce sont ces clichés, grêlés de points blancs qui sont autant de résidus de la lumière de Proxima. Parmi eux, quelque chose a attiré l’attention des astronomes, comme le raconte Pierre Kervella, l’un des co-auteurs de cette recherche : « Le signal sort de manière répétée du bruit de fond de l’image. Notamment à l’une des époques, il est relativement clair car on l’a revu sur plusieurs images. » Malgré tout, ce « signal » demeure très faible. L’astronome confie : « C’est vrai que si on ne sait pas qu’il est là. Il y a d’autres points de l’image où l’on pourrait dire qu’il y a un objet aussi… »

Voici l'une des images du VLT prise en 2018. L'étoile Proxima du Centaure se trouve au centre mais son éclat a été
artificiellement supprimé (disque noir). La planète Proxima c est peut-être le point brillant en bas à gauche. © Raffaele Gratton.

Une invitation à aller plus loin

Malgré ces doutes, les astronomes, menés par Raffaele Gratton, ont publié leur résultat. « C’était intéressant de présenter quand même ce résultat, même s’il n’est pas définitif, avec toutes les précautions nécessaires, tout en indiquant qu’il y a peut-être quelque chose à trouver », poursuit Pierre Kervella. Éric Lagadec, de l’observatoire de Côte d’Azur, lui aussi co-auteur de l’étude, ajoute : « L’idée est de dire à la communauté des astronomes que des observations comme celles-ci sont potentiellement possibles. »

Une planète probable

Dans leur article scientifique, les astronomes européens, bien qu’ils ne soient pas sûrs d’avoir réussi une image de l’exoplanète, constatent que sa position est compatible avec l’inclinaison de l’orbite calculée à partir des mesures de la variation de la vitesse radiale de l’étoile (censées découler de la masse et de la position d’une planète). Compte tenu de la distance à laquelle se trouve Proxima du Centaure, les 225 millions de kilomètres qui séparent l’étoile de sa deuxième planète se traduisent par un écart apparent d’un peu plus d’une seconde d’arc. Donc, en théorie accessible avec un petit télescope. Or, c’est précisément à cette distance angulaire qu’ont été observés les points brillants susceptibles d’être la planète.

Un objet trop brillant….

Pour autant, la faiblesse du signal de l’objet n’est pas le seul élément à jeter un doute sur sa réalité. L’un d’eux est même plutôt paradoxal, comme l’explique Pierre Kervella : « L’une des raisons pour lesquelles nous avons quelques réserves, c’est qu’on trouve un objet qui est beaucoup trop brillant. On ne s’attend pas à détecter la planète parce qu’on sait qu’elle a une masse de l’ordre de celle de Neptune et qu’elle ne doit pas être très brillante. C’est un objet âgé, car Proxima est une vieille étoile. Donc ce n’est pas une planète chaude qui émet beaucoup de rayonnements. »

Au même titre que Dagon, l’exoplanète que les astronomes croyaient avoir photographié autour de Fomalhaut, l’objet soupçonné près de Proxima doit forcément être étendu. « Le fait qu’il soit détecté indique un objet de grande taille, détaille Pierre Kervella. On pense qu’on voit de la lumière de Proxima réfléchie par un objet. Or pour observer un tel objet, il faudrait qu’il soit très grand, bien plus qu’une planète, de l’ordre de plusieurs fois la taille de Jupiter. Physiquement, ce n’est pas possible. Par contre, si c’est un objet qui est entouré d’un nuage de poussières qui diffuse la lumière de l’étoile, pourquoi pas ? S’il y a un très grand système d’anneaux aussi. Mais pour expliquer ce que l’on voit il y a quand même une difficulté théorique. » Et cela pose plusieurs questions. Des anneaux massifs peuvent-ils avoir perduré autour d’une planète très âgée ? Cette même planète peut-elle rester entourée d’un nuage de gaz ou de poussière ?

… et pas du tout à la bonne place

Mais un autre constat est troublant dans les observations menées avec SPHERE. Il concerne la position de la planète par rapport à l’étoile. Car avec son attraction gravitationnelle, elle infléchit légèrement la trajectoire de Proxima dans l’espace, selon un cycle correspondant à sa période de révolution. « Ce qui m’a intéressé dans ce résultat, c’est la comparaison avec les résultats du satellite Gaia, insiste Pierre Kervella. On avait vu une anomalie de déplacement de Proxima dans les données de Gaia. Et on avait proposé l’explication que c’était dû à une planète. Et on trouve que la planète tourne dans l’autre sens par rapport à ce que nous observons avec SPHERE. Ce qui est un peu curieux. Les images montrent la planète à 180° de l’endroit où elle devrait se trouver… Donc nous avons une différence assez nette. » Ces indications en apparence contradictoires pourraient tout simplement être dues aux imprécisions des mesures à la fois de Gaia et du VLT.

D’autres observations à venir

Reste donc à confirmer si l’équipe européenne a bien vu la planète Proxima c ou pas. Pour cela, peu de méthodes sont possibles. L’une consiste à accumuler encore plus d’observations toujours avec SPHERE. Pierre Kervella confie qu’une nouvelle demande de temps d’observation a été formulée auprès de l’Observatoire européen austral (ESO). Cette fois, il s’agira de se concentrer sur les deux positions fortement suspectées, à 180° l’une de l’autre.

Une autre approche consisterait à utiliser le VLT en mode interférométrique, autrement dit d’utiliser les quatre télescopes de 8,2 m simultanément pour obtenir une image très détaillée de l’environnement de l’étoile avec l’instrument Gravity. Mais trop d’incertitudes demeurent sur la position de la planète et la chercher dans le champ observé exigerait bien trop d’heures de télescopes. De sorte qu’une telle demande ne serait pas acceptée.

Une cible pour l’Extremely Large Telescope

Peut-être, à la suite de la publication de ce résultat non tranché, d’autres équipes dans le monde auront d’autres idées pour débusquer Proxima c. En l’absence de progrès au cours des deux prochaines années, il faudra se résoudre à attendre l’entrée en service de l’Extremely Large Telescope (ELT) européen, au Cerro Armazones, au Chili. Avec sont miroir principal de 39 m de diamètre, ce télescope disposera d’assez de flux lumineux pour réaliser une image de la planète. Celle-ci ne sera qu’un point brillant, mais un point brillant sans le moindre doute. Et si cette planète est entourée d’un vaste tore de matière, le télescope géant pourra le résoudre et révéler sa forme. Affaire à suivre…

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